Prečo potrubie zlepšuje výkon v CPU?

Potrubia zlepšujú výkon procesora prekrývaním vykonávania viacerých pokynov. Namiesto toho, aby ste čakali na úplné dokončenie jednej inštrukcie pred začatím nasledujúceho, potrubie rozdelenie inštrukcií na menšie fázy. Rôzne pokyny môžu byť súčasne v rôznych fázach vykonávania. To je analogické s montážnou linkou v továrni; Každá fáza vykonáva špecifickú úlohu v inštrukcii a pokyny prechádzajú fázami súčasne.

Tu je rozpis toho, prečo to vedie k zvýšeniu výkonnosti:

* Zvýšená priepustnosť inštrukcií: Kľúčovou prínosom je schopnosť vydávať nový pokyn každý hodinový cyklus, aj keď každá inštrukcia vyžaduje dokončenie viacerých hodín cyklov. To výrazne zvyšuje počet pokynov spracovaných na jednotku času.

* Vylepšené využitie zdrojov CPU: Potrubie udržuje rôzne komponenty CPU zaneprázdnené. Zatiaľ čo jedna inštrukcia vykonáva svoju aritmetickú operáciu v ALU, ďalšou inštrukciou by mohlo byť vyzdvihnutie ďalšej inštrukcie z pamäte a ďalšou by mohlo byť zapisovaním výsledku do registra. To maximalizuje využitie zdrojov.

* Znížená priemerná doba vykonávania pokynov (aj keď nie individuálny čas výučby): Zatiaľ čo čas na vykonanie inštrukcie A * Single * môže zostať do značnej miery rovnaký (alebo dokonca mierne zvýšenie v dôsledku režijných etáp potrubia), * priemerný * čas na vykonanie sekvencie * pokynov * sa výrazne zníži v dôsledku prekrývajúcej sa vykonávania.

Potrubia však nie sú bez ich obmedzení:

* Riziká potrubia: Toto sú situácie, ktoré môžu narušiť hladký tok pokynov cez plynovod. Hlavné typy sú:

* Dátové riziká: Inštrukcia potrebuje údaje, ktoré ešte neboli vyrobené predchádzajúcou inštrukciou.

* RIGHARCHS: Inštrukcia pobočky mení tok programu a poskytuje niektoré pokyny v potrubí irelevantné.

* Štrukturálne riziká: Hardvér nemá zdroje na vykonávanie viacerých pokynov súbežne v potrubí (napr. Iba jeden prístup na pamäť naraz).

Tieto riziká vyžadujú techniky, ako je presmerovanie, zastavenie (vkladanie bublín) a predpoveď pobočky na zmiernenie ich negatívneho vplyvu na výkon. Napriek týmto výzvam výhody potrubia z hľadiska zvýšenej priepustnosti prevažujú nad nákladmi v najmodernejších CPU. Sofistikované techniky sa neustále vyvíjajú, aby sa ďalej optimalizovala výkon potrubia a efektívnejšie zvládanie nebezpečenstiev.

• Predchádzajúca strana: Kto urobil prvý štvorkolkový procesor? 
• Ďalšia strana: Čo sú procesy viazané CPU?